云南省高速公路棄渣場植被恢復對水土流失的影響研究

摘" 要： 高速公路是我國重要的基礎設施，而棄渣場土壤侵蝕量占高速公路建設過程中產生的土壤侵蝕總量的60%以上，實施棄渣場水土流失綜合防治是高速公路水土保持工作的核心。以位于云南省滇西高原的臨鳳高速公路為研究對象，采用實地調查和小區試驗相結合的方法，對植被恢復年限分別為0、1、3 a的隧道棄渣場進行實地調研和試驗分析，得到不同植被恢復年限的棄渣場植被生長情況和水土流失情況。結果表明：①棄渣場共有植被46種，分屬16科42屬，且菊科和禾本科植物所占比例大，分別占總量的30.43%和23.91%；②棄渣場植被以耐旱、耐貧瘠、適應性強的草本植物為主，隨著植被恢復年限的增加，棄渣場植被由一年生草本向多年生草本及小灌木轉化，香農多樣性指數、物種豐富度指數和植被蓋度明顯增加；③棄渣初期土壤侵蝕模數和土壤侵蝕厚度較大，隨著植被恢復年限增加呈下降趨勢，土壤侵蝕模數與香農多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數均呈顯著負相關關系，與植被蓋度呈極顯著負相關關系。植被恢復是解決棄渣場水土流失問題的根本措施，隨著植被恢復年限的增加，植物群落逐漸豐富，有利于保持土壤結構和渣體邊坡的穩定，控制水土流失。

關鍵詞： 棄渣場；水土流失；植被恢復；高速公路；云南省

中圖分類號： S157" 文獻標識碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.02.018

引用格式： 陳敏全，馬聰，朱云波，等.云南省高速公路棄渣場植被恢復對水土流失的影響研究［J］.中國水土保持，2025（2）：61-64，71.

收稿日期：2024-02-01

基金項目：云南省交通科學研究院有限公司科技項目（JKYZLX-2021-34）

第一作者：陳敏全（1988—），男，河北張家口人，高級工程師，碩士，主要從事交通行業環境保護和水土保持工作。

通信作者：馬聰（1981—），男（彝族），云南元陽人，正高級工程師，博士，主要從事交通行業環境保護和水土保持工作。

E-mail： 417903816@qq.com

高速公路是我國重要的基礎設施，在高速公路施工過程中，大規模挖填會導致原地貌嚴重擾動、植被破壞。棄渣場土壤侵蝕量占高速公路建設過程中產生的土壤侵蝕總量的60%以上，且大量棄土棄渣的堆放導致棄渣場成為高速公路建設中水土流失的主要源地，尤其是在云貴高原地區，地形多樣復雜，且以山地為主，水土流失問題愈發嚴重。為改善高速公路永久占地比例高、臨時用地恢復困難等問題，越來越多的高速公路采用隧道形式，然而隧道棄渣量可達數十萬方甚至數百萬方，堆渣高度可從幾十米至上百米，若棄渣得不到妥善處理，則會引發嚴重水土流失，毀壞農田、掩埋植被、抬高河床，甚至造成滑坡、泥石流等多種環境問題。因此，實施棄渣場水土流失綜合防治、減少生態環境破壞和地表擾動是高速公路水土保持工作的核心。

植被恢復可增加植物有機殘體的數量，對渣體產生影響，并通過改變下墊面的物質組成和能量循環過程，進一步加速渣體的風化成土過程，提升棄渣場防沖固土能力。此外，植被恢復可提高土壤有機質含量、美化環境、改善局部小氣候，對自然生態系統恢復具有重要作用。許多研究均表明植被恢復是當前有效防治高速公路棄渣場邊坡失穩、控制水土流失的重要手段，是高速公路水土保持的重要措施［1-2］。本研究以位于云南省滇西高原的臨鳳高速公路為研究對象，采用實地調查和小區試驗相結合的方法，研究不同植被恢復年限、不同群落組成的植被恢復措施對隧道棄渣場水土流失的影響，提出棄渣場水土流失防治最適宜的物種選擇及其配置模式，旨在為云南省及同類型山區高速公路棄渣場水土流失防治提供科學依據，提高植被自然恢復和人工誘導恢復成效。

1" 研究區概況

研究區位于云南省滇西高原的臨滄市，受瀾滄江水系及其支流的影響，土地切割深度較大，斷裂發育，地表起伏較大，地形地貌復雜多樣。以亞熱帶季風氣候為主，氣候垂直變化顯著，干濕季分明，年均降水量約1 200 mm，降水主要集中在雨季（5—10月），占全年降水量的80%～90%，年均氣溫為18.0 ℃。植被類型以亞熱帶半濕潤常綠闊葉林為主，主要代表樹種有云南松、華山松、青岡、箭竹、黃竹等，草本植物有狗牙根、白車軸草、旱茅、山姜、金茅、黃背草及各種蕨類等。土壤類型以紅壤為主，水稻土、黃棕壤零星分布，土壤分散系數較大，土壤厚度不一，耕層較厚，土層厚度大于0.5 m，且土壤有機質含量較高。

2 "研究方法

2.1" 試驗小區設置和實地調查

本研究選取植被恢復年限分別為0、1、3 a的隧道棄渣場各2座，棄渣場的基本情況見表1。在各棄渣場內隨機設置3個1 m×1 m的樣方，進行實地調查，調查內容包括物種名稱、數量、高度和植被蓋度等，并基于調查信息計算香農多樣性指數（H）、優勢度指數（D）、物種豐富度指數（M）和均勻度指數（E）。計算公式分別為

Pi=Ni/N（1）

H=－∑Si=1Piln Pi（2）

D=1－∑Si=1Pi（3）

M=（S－1）/ln N（4）

E=H/Hmax（5）

Hmax=ln S（6）

式中：Pi為物種i的個體數占全部個體數的比例；N為樣方內全部物種的個體數；Ni為物種i的個體數；S為樣方內的物種數量；Hmax為最大多樣性指數。

2.2" 土壤侵蝕監測

棄渣場土壤侵蝕量監測采用侵蝕針法，主要在簡易水土流失觀測場進行。在坡面上垂直打入鋼釬（或木樁等），在水土流失監測期內，定期觀測鋼釬頂出露地面的高度值的變化情況，可計算土壤侵蝕厚度和土壤侵蝕模數。根據棄渣場實際情況，在5 m×5 m的簡易水土流失觀測場標準樣地內以2.5 m×2.5 m 的間距分別于縱橫方向垂直打入9支長100 cm的鋼釬，使鋼釬頂部與坡面留有約30 cm的距離，

間隔一定時間用卷尺量測并記錄其距離，并在坡面以上的鋼釬上涂上油漆，樣地面積可根據渣場坡面實際情況調整。簡易水土流失觀測場布設見圖1。

3" 結果與分析

3.1" 棄渣場植物群落物種組成和主要物種更替過程

通過對6座棄渣場進行實地調查發現（見表2），臨鳳高速公路隧道棄渣場的植被組成共46種，分屬16科42屬，其中以菊科植物數量占植物總量的比例最大，達30.43 %，禾本科植物次之，占植物總量的23.91%。可見，菊科和禾本科植物是該研究區次生演替初期的優勢科。菊科的飛蓬是當地常見的先鋒物種，具有耐貧瘠、耐旱的特征，且種子隨風可傳播較遠距離，因此各恢復年限的棄渣場均有飛蓬出現，且數量維持在較穩定的水平。

由表2可知，隨著植被恢復年限的增加，物種數量和植被蓋度呈增加趨勢，且植被蓋度與物種數量、種類、長勢等有關。植被恢復年限為0 a的棄渣場植被優勢種是菊科的飛蓬，屬一年生草本，其伴生物種主要以一年生草本為主，或有少量兩年生草本。恢復年限為1 a的棄渣場植被優勢種為一年生禾本科植物馬唐和早熟禾，主要伴生物種為一年生的草本，多年生草本植物開始出現，但所占數量比例較小。當植被恢復達3 a時，多年生豆科植物豬屎豆為棄渣場植被優勢種，一年生草本和多年生草本為主要伴生物種，多年生草本所占比例較恢復年限為1 a的棄渣場有所上升，且棄渣場出現了一定數量的屬于灌木的白背楓、戟葉酸模、車桑子、杜鵑等和屬于喬木的刺楸。由此可見，棄渣場群落演替整體趨勢為：一年生草本→一年生或兩年生草本→多年生草本→灌木或小喬木。

試驗中的每個樣地均具有較高群集度的植被，表明棄渣場植被群落是經歷了先鋒種入侵、定居、群集、競爭而形成的。優勢種大部分屬于對土壤要求不高的先鋒植物，具有耐貧瘠、耐旱、適應性強的特征，這類植物通常可以在惡劣環境中成為群落的優勢物種 ，同時多數伴生物種也具備上述特點。在所有的調查樣地中，有4個棄渣場分布有戟葉酸模，戟葉酸模對土壤的適應范圍較廣、繁殖能力極強，可生長于石質土壤，能適應溫暖、半干旱至潮濕的各類氣候環境。戟葉酸模的耐旱、耐貧瘠特征，是它成為棄渣場植物群落次生演替的先鋒樹種的主要原因。

3.2" 棄渣場植物群落物種多樣性

6處棄渣場的香農多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數計算結果見圖2。優勢度指數范圍為0.76～0.91，均勻度指數范圍為0.66～0.99，隨著植被恢復年限的增加，優勢度指數和均勻度指數呈增加趨勢，但整體變化較小。香農多樣性指數和物種豐富度指數的最小值均出現在植被恢復年限為0 a的2號棄渣場，最大值均出現在植被恢復年限為3 a的5號棄渣場，隨著植被恢復年限的增加，香農多樣性指數和物種豐富度指數增加明顯。

3.3" 棄渣場土壤侵蝕量

基于侵蝕針法測定6座棄渣場的土壤侵蝕模數和土壤侵蝕厚度（見圖3），土壤侵蝕模數為510～2 780 t/（km2·a），土壤侵蝕厚度為0.32～1.70 mm。隨著植被恢復年限的增加，土壤侵蝕模數和土壤侵蝕厚度呈下降趨勢，土壤侵蝕模數和土壤侵蝕厚度的最大值

均出現在1號棄渣場。1號棄渣場正處于堆渣期，雖然已在棄渣場下游布設擋墻，但是截排水措施不完善，導致其水土流失比較嚴重；而其余棄渣場均已完成棄渣的堆放，各項水土保持措施相對完善，植被正常恢復，水土流失得到有效控制。

3.4" 棄渣場植被恢復對土壤流失量的影響

通過對6座棄渣場的香農多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數、植被蓋度與土壤侵蝕模數進行相關性分析發現：土壤侵蝕模數與香農多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數均呈顯著負相關關系，相關系數為-0.891～-0.813（plt;0.05）;土壤侵蝕模數與植被蓋度呈極顯著的負相關關系，相關系數為-0.922（plt;0.01）。

4" 討論

高速公路隧道棄渣場內主要是人為堆積的土石混合體，以石渣和心土為主，渣體的粗粒含量高，再加上受人類活動影響較大，導致棄渣場的土壤保水保肥能力差。在棄渣初期，渣體堆積松散、渣體間空隙較大，土壤的持水能力較差，因此植被恢復初期棄渣場的先鋒物種以耐旱、耐貧瘠的植物為主，一年生的耐旱草本成為恢復期的優勢種和伴生種，且灌木較少。由于棄渣過程中棄渣場受到人類活動的影響較大，因此植被恢復初期物種多樣性、物種豐富度等指標較低，這與趙晶［3］的研究結果一致。蔡華興等［4］以重慶市主要的大型礦山渣場為研究對象，通過對植被恢復情況進行調查研究發現，草本植物形成了渣場植被恢復初期的主要群落，且礦山渣場不同植被恢復階段的植被類型差異較大。本研究中棄渣場植物群落演替隨著植被恢復年限增加呈現出一定的規律性，群落演替趨勢為一年生草本→一年生或兩年生草本→多年生草本→灌木或小喬木，且棄渣場的香農多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數和植被蓋度均隨著植被恢復年限增加而增加，這可能與植被對土壤的改良作用增加了土壤養分含量有關［5］。屈曉婉［6］通過分析棄渣場土壤養分的變化情況，發現棄渣場土壤養分含量與植被恢復年限呈正相關關系。謝錦升等［7］研究發現，植被恢復在提高土壤團聚體穩定性方面作用顯著，而土壤團聚體穩定性是提升土壤肥力和土壤抗蝕性的關鍵因素。

雖然水土保持工程措施在水土流失防治中起到立竿見影的效果，但是植物措施在保持水土方面發揮著長久作用。研究發現土壤侵蝕模數、土壤侵蝕厚度均隨著植被恢復年限增加呈下降趨勢，且土壤侵蝕模數與物種多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數均呈顯著負相關關系，與植被蓋度呈極顯著負相關關系，表明植被恢復是控制棄渣場土壤侵蝕的關鍵因素。棄渣初期渣體中超大粒徑和超小粒徑的土體較多，土壤粒徑不穩定，而棄渣場植被恢復可增加地表植被覆蓋度，這對調節地表徑流和土壤水分、攔截泥沙等具有重要作用。同時，植物殘體及植物根系分泌物對棄渣場巖土體的風化作用，可促進渣體成土、生土變熟土［8］，植物根系可通過錯落交叉的網絡結構增加土體的防沖能力［9］，進而改善土壤侵蝕情況。呂釗［10］通過對風蝕區棄渣場的研究發現，機械的壓實作用可提升渣體結構的緊實度，提高渣體抗蝕性，減少降雨過程中的土壤顆粒分散和水土流失，但在無植物措施保護的條件下，降雨量的增加對渣場土壤顆粒的流失量有明顯的促進作用，進一步證明了植物措施的重要性。

5" 結論

本研究以位于云南省滇西高原的臨鳳高速公路為研究對象，采用實地調查和小區試驗相結合的方法，對植被恢復年限分別為0、1、3 a的隧道棄渣場進行實地調研和試驗分析，得到不同植被恢復年限的棄渣場植被生長情況和水土流失情況。研究表明，棄渣場共有植被46種，分屬16科42屬，且以菊科和禾本科植物所占比例大，分別占總量的30.43%和23.91%；棄渣場植被以耐旱、耐貧瘠、適應性強的草本植物為主，隨著植被恢復年限的增加，棄渣場植被由一年生草本向多年生草本及小灌木轉化，香農多樣性指數、物種豐富度指數和植被蓋度明顯增加；棄渣初期土壤侵蝕模數和土壤侵蝕厚度較大，隨著植被恢復年限增加呈下降趨勢；土壤侵蝕模數與香農多樣性指數、優勢度指數、物種豐富度指數、均勻度指數均呈顯著負相關關系，與植被蓋度呈極顯著負相關關系。植被恢復是解決棄渣場水土流失問題的根本措施，隨著植被恢復年限的增加，植物群落逐漸豐富，有利于保持土壤結構和渣體邊坡的穩定，控制水土流失。

參考文獻：

［1］ 儲小院，張洪江，王玉杰，等.高速公路建設中不同類型棄土場的土壤流失特征［J］.中國水土保持科學，2007，5（2）：102-106.

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［3］ 趙晶.陜南高速公路邊坡人工植被恢復初期土壤及群落特征變化研究［D］.楊凌：西北農林科技大學，2013：47-48.

［4］ 蔡興華，何丙輝，李旭光，等.礦山渣場植物與植被現狀調查研究［J］.西南大學學報（自然科學版），2010，32（7）：101-106.

［5］ 李洪建，王孟本，柴寶峰.黃土高原土壤水分變化的時空特征［J］.應用生態學報，2003，14（4）：515-519.

［6］ 屈曉婉.秦巴山區棄渣場植被恢復過程中土壤-植被響應研究［D］.北京：中國科學院研究生院（教育部水土保持與生態環境研究中心），2012：37-39.

［7］ 謝錦升，楊玉盛，陳光水，等.植被恢復對退化紅壤團聚體穩定性及碳分布的影響［J］.生態學報，2008，28（2）：702-709.

［8］ 于泳，楊偉，李璐，等.棄渣場植被恢復與重建研究進展綜述［J］.亞熱帶水土保持，2015，27（3）：2-5，28.

［9］ 聶斌斌，蔡強國，張卓文，等.植被恢復過程中土壤有機質和全氮的變化特征及區域差異［J］.中國生態農業學報，2009，19（2）：363-371.

［10］ 呂釗.寧北風蝕區生產建設項目棄渣場植被恢復研究［D］.北京：北京林業大學，2013：55-56.

（責任編輯" 李佳星）